主客体相互作用粘弹性聚氨酯复合MXene柔性传感器：整合深度学习用于数字识别与乒乓球回球姿态监测

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Host-guest interaction viscoelastic polyurethane composite MXene flexible sensor: Integrated deep learning for digital recognition and table tennis return posture monitoring

　　

摘要

受人体皮肤不对称结构的启发，本工作基于重力驱动自组装策略，构建了一种仿生 Janus 结构薄膜，其中鞣酸修饰的 MXene 纳米片在聚氨酯基质中呈不对称分布。该材料实现了机械和电化学性能的协同优化，断裂伸长率为 114%，拉伸强度为 7.56 MPa，电导率为 9.2 × 10?³ S/cm。通过引入环糊精与金刚烷之间的主客体超分子相互作用，构建了动态可逆物理交联网络，赋予材料优异的自愈合性能（自愈合效率为 77.8%），并在动态变形条件下有效保持结构完整性和电响应稳定性。基于 Janus 结构不对称组分分布构建的柔性传感器，利用其沿厚度方向变化的机械响应特性，实现对弯曲方向、压力和拉伸应变的多重选择性响应。结合机器学习算法，该传感器系统在数字识别和日常人体动作监测中表现出优异的适应性。此外，该系统已应用于乒乓球得分过程中的动态姿态分析和回球判定，验证了其在精细动作捕捉和复杂运动行为识别方面的可行性。本工作为基于仿生结构设计、超分子动态调控和智能算法融合的高性能柔性传感器构建提供了新的理论基础和实现路径。